ĆWICZENIE 2. Usuwanie chromu (VI) z zastosowaniem wymieniaczy jonowych

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 2 Usuwanie chromu (VI) z zastosowaniem wymieniaczy jonowych

2 Część doświadczalna 1. Metody jonowymienne Do usuwania chromu (VI) można stosować między innymi wymieniacze jonowe. W wyniku przepuszczania przez kolumnę roztworu zawierającego jon CrO 4 zostaje on wymieniany na anion związany ze złożem. Metoda ta jest bardzo skuteczna w przypadku właściwego doboru anionitu. Zaletą jej jest także to, że wyciek po regeneracji złoża jest wielokrotnie bogatszy w związki chromu(vi) w stosunku do ich zawartości w roztworze wyjściowym. 2. Oznaczenie chromu w roztworze wyjściowym 2.1. Krzywa kalibracyjna Oznaczanie stężenia Cr(VI) w czasie reakcji redukcji jest możliwe dzięki zastosowaniu difenylokarbazydu, który z Cr(VI) daje kolorowy kompleks absorbujący promieniowanie przy λ=540nm. W celu przygotowania 0,5% roztworu difenylokarbazydu w acetonie należy : odważyć 0,25g difenylokarbazydu w małej zlewce na 50ml, proszek rozpuścić w acetonie (około 30ml) roztwór przenieść do kolbki miarowej na 50 ml i dopełnić do kreski acetonem. Ponieważ tak przygotowany roztwór jest czuły na światło należy przenieść go do butelki z ciemnego szkła. W celu przygotowania krzywej kalibracyjnej należy: do każdego z sześciu cylinderków na 10ml wlać przy użyciu tryskawki około 0,5ml wody destylowanej, 0,2ml H 2 SO 4 (1:1), 0,2ml H 3 PO 4 (6:14), 0,2ml 0,5% r-ru difenylokarbazydu, szlif każdego cylinderka należy przemyć niewielką ilością wody destylowanej z tryskawki w celu usunięcia z niego pozostałości po dodawanych roztworach. Całkowita ilość roztworu w cylinderku nie powinna przekroczyć 4ml. Do pierwszego z tak przygotowanych cylinderków oznaczonego nr 0 należy dolać wody destylowanej do całkowitej objętości 10ml tak przygotowany roztwór posłuży do zerowania kuwet w spekolu. Po ustawieniu spekola na długość fali 540nm należy napełnić obie kuwety roztworem zerowym i umieścić w aparacie. Aparat należy wyzerować na jednej kuwecie, używanej potem do zerowania w trakcie wszystkich pomiarów. Pomimo zastosowania tego samego roztworu wartość mierzona przez aparat na drugiej kuwecie jest różna od zera, może to być spowodowane przez: różną długość drogi

3 optycznej, trudne do usunięcia zabrudzenie kuwet. Wartość tą (X może być wartością dodatnią lub ujemną) zapisujemy w tabeli jako odpowiadającą absorbancji roztworu o zerowym stężeniu Cr(VI). Wzór tabeli do wykonania krzywej kalibracyjnej (roztwór wzorcowy o stężeniu 0,01mg Cr w 1 ml roztworu): Nr pomiaru Objętość Badane stężenie Absorbancja Absorbancja : roztworu Cr(VI) rzeczywista poprawiona wzorcowego [ ml ] [ ppm ] 0 0,0 0 X A pop =A rz -X=0 1 0,1 1 A rz A pop =A rz -X 2 0,3 3 A rz A pop =A rz -X 3 0,5 5 A rz A pop =A rz -X 4 0,8 8 A rz A pop =A rz -X 5 1,0 10 A rz A pop =A rz -X Do pozostałych cylinderków o numerach od 1 do 5 zawierających: około 0,5ml wody destylowanej, 0,2ml H 2 SO 4 (1:1), 0,2ml H 3 PO 4 (6:14), 0,2ml 0,5% r-ru difenylokarbazydu należy odmierzyć od 0,1ml r-ru wzorcowego (o stężeniu Cr(VI) 10ppm przygotowanego w punkcie 3) do cylinderka z nr 1 do 1,0ml roztworu wzorcowego do cylinderka z nr 5. Następnie dopełnić każdy z cylinderków wodą destylowaną do objętości 10ml. Uwaga: kompleks difenylokarbazydu i chromu jest trwały tylko przez 15min.. Po zanotowaniu wartości absorbancji rzeczywistej i przeliczeniu na poprawioną, należy sporządzić krzywą kalibracyjną w postaci wykresu stężenia chromu w funkcji absorbancji, z wykresu odczytać równanie krzywej y=ax, gdzie: x absorbancja; y - [Cr(VI)] w ppm; a faktor Przygotowanie roztworu modelowego Roztworem modelowym w ćwiczeniu jest roztwór K 2 Cr 2 O 7 o stężeniu 1 g/dm 3. W celu sporządzenia tego roztworu należy odważyć ok. 1,0 g dichromianu potasu i przenieść ilościowo do kolby miarowej na 1l, dopełnić wodą destylowaną do kreski.

4 2.3. Oznaczenie chromu w roztworze modelowym 2 ml przygotowanego roztworu przelać do kolby miarowej na 100 ml i dopełnić wodą destylowaną do kreski. Z kolby pobrać 1 ml roztworu i oznaczyć w nim zawartość chromu metodą spektrofotometryczną (jak w p. 2.1). 3. Oznaczenie całkowitej pojemności wymiennej anionitu Przyjąć, że w kolumnie znajduje się 8 g aklimatyzowanego anionitu. Anionit powinien być podstawiony grupami OH -. Przez tak przygotowany anionit przepuszczać roztwór ok. 10% CaCl 2, tak długo, aż mierzony przy pomocy papierka wskaźnikowego odczyn roztworu wyciekającego z kolumny okaże się obojętny (ok. 600ml). Kranik ustawić w takiej pozycji, aby z kolumny wyciekało ok. 1-2 ml. r-ru/min (można założyć, że jest to jedna kropla / 1-2 sekundy). Wyciek zawierający grupy OH - wlać do kolby miarowej na 1000 ml i dopełnić do kreski wodą destylowaną. Następnie pobrać dwie próbki po 10 ml i miareczkować 0,1 normalnym roztworem kwasu solnego wobec fenoloftaleiny. Zdolność wymienną obliczyć ze wzoru: Z w = V HCL m n HCl anionitu V 10 wycieku [mmol/g] Gdzie: V HCl - objętość HCl zużytego do miareczkowania n HCl normalność roztworu HCl V wycieku - całkowita objętość wycieku dopełnionego (1000 ml) m anionitu - masa anionitu 10 ilość pobranej próbki do analizy

5 4. Oznaczenie zdolności roboczej anionitu Przez kolumnę wymienną wypełnioną anionitem przepuszczać roztwór zawierający jony CrO 4 o oznaczonym wcześniej stężeniu. Wyciek zbierać do cylindra miarowego, do którego dodać niewielką ilość difenylokarbazydu (zbierany roztwór zakwasić kwasem siarkowym w ilości ok. 5 ml.). Pojawienie się pierwszych jonów CrO 4 w wycieku będzie sygnalizowane pojawieniem się czerwonofioletowego zabarwienia roztworu (utlenienie difenylokarbazydu i redukcja jonu CrO 4 w środowisku kwaśnym). Po pierwszych oznakach pojawienia się jonów CrO 4 w wycieku zakręcić kranik kolumny. Zmierzyć objętość wycieku i obliczyć zdolność roboczą anionitu. Obliczenia: Z r = V c m kat [mmol/g (anionitu)] Z r zdolność robocza anionitu (1g) V objętość wycieku [ml] c stężenie roztworu wprowadzonego [mmol/ml] m anion. - masa anionitu [g] Zdolność roboczą kolumny Z r(k) = Z r m anionitu 5. Badanie procesu usuwania jonów CrO 4 kolumny) z badanego roztworu (sprawność Kontynuując przepuszczanie roztworu zawierającego jony CrO 4, wyciek zbieramy do cylindra miarowego w ilości po 20 ml., badając każdą próbkę na obecność jonów CrO 4, (ze względu na niewielkie zawartości jonów CrO 4 w pierwszych próbkach pomijamy rozcieńczenie wstępne). Stężenie jonów CrO 4 w wycieku zmienia się (ulega zwiększeniu) wraz z kolejną pobieraną próbką i należy dostosować rozcieńczenie do skali krzywej kalibracyjnej.

6 Zebrane wyniki umieścić w tabeli L.p. V [ml] r [mmol] c [mmol] S [%] Gdzie: V objętość wycieku c - Ilość mmoli w przepuszczonym roztworze r ilość mmoli anionów znajdujących się w wycieku S stosunek ilości jonów zaadsorbowanych podczas przepływu przez anionit do ilości jonów wprowadzonych x100. Należy sporządzić wykres c(v) C [mmol/l] C r 0 V 1 V 2 V 3 V [ml] V objętość wycieku C stężenie j chromu w wycieku C r stężenie chromu w roztworze modelowym